Analyse der Auswirkungen von Inspektion und Wartung der Vakuumbogenkammer auf die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Vakuumschaltern

Vakuumschaltkreise werden in Verteilernetzen weit verbreitet eingesetzt. Als Kernkomponenten von Stromversorgungsgeräten hängt ihre Leistung sowohl von den Fähigkeiten der Vakuumschütze als auch von den mechanischen Eigenschaften der Schaltkreise ab (Kontaktöffnungsdistanz, Hub, Druck, durchschnittliche Schließ- und Öffnungs-Geschwindigkeit, Schließeinsprungzeit, Schließen-Öffnen-Asynchronität, Betriebszyklen und kumulativer erlaubter Verschleiß der Kontakte). Beide sind entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb. Der Vakuumschutz ist das „Herz“ des Schaltkreises; ohne einen leistungsstarken, zuverlässigen Schutz ist ein hochzuverlässiger Betrieb unmöglich. Daher ist die regelmäßige Prüfung und Wartung der Schütze, einschließlich einer qualitativen-quantitativen Leistungsbewertung, entscheidend für einen sicheren, stabilen Betrieb des Schaltkreises.

1 Leistungsindikatoren von Vakuumschützen

Ein Vakuumschutz besteht aus einem dichtenden Isoliersystem (Gehäuse), einem leitfähigen System und einem Abschirmungssystem. Seine Leistung wird durch die Isolationsstufe (1-min-Netzfrequenz-Durchschlagspannung, 1.2/50-Impulsdurchschlagspannung), den Vakuumgrad und den Hauptstrom-Widerstand charakterisiert. Genauere Prüfungen und Bewertungen erfordern umfassende Tests und Analysen dieser Indikatoren.

Die Methode der Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung wird häufig für vor Ort durchgeführte Isolationsprüfungen verwendet. Mit dem Fortschritt der Prüftechnologien wird der Vakuumgradtest zunehmend angewendet. Allerdings legen einige Provinzen in ihren „Regeln für Abnahme- und Präventivprüfungen elektrischer Ausrüstungen“ nicht genug Wert auf den Vakuumgradtest, sondern schlagen sogar vor, „bei unpraktikablen Prüfungen die Bruchdurchschlagspannung als Ersatz zu verwenden“. Dies führt zu theoretischen und praktischen Missverständnissen und kann zu Verwaltungs- und technischen Unfällen führen. Ich empfehle eine zeitnahe Überarbeitung der Regeln, um das Bewertungssystem der Schutzzustände zu verbessern und den sicheren Betrieb von Verteilnetzausrüstungen sicherzustellen.

1.2 Fehlerarten von Vakuumschützen

Als Teilnehmer an vor Ort durchgeführten Prüfungen wurde festgestellt, dass die Fehler von Vakuumschützen in zwei Kategorien unterteilt werden können:

• Offensichtliche Fehler zeichnen sich durch Gehäuserisse oder Glockenbeschädigungen aus, was zur Luftzuströmung, zum Verlust des Vakuums im Schutz und zur Kommunikation mit der Atmosphäre führt.

• Versteckte Fehler beziehen sich auf den allmählichen Abfall des Vakuumgrades. Obwohl der Schutz nicht mit der Atmosphäre kommuniziert, übersteigt der interne Luftdruck den zulässigen Wert aufgrund von Fertigungsprozessen, Transport, Installation oder Wartung, wodurch der Schutz die normale Unterbrechungskapazität nicht mehr erfüllt. Die Gefahr solcher latenten Fehler ist erheblich höher als die offensichtlicher Fehler. Der Abfall des Vakuumgrades beeinträchtigt stark die Überstromunterbrechungsfähigkeit des Vakuumschaltkreises, verkürzt drastisch die Lebensdauer des Schaltkreises und kann in extremen Fällen zu einer Schaltkreisexplosion führen.

1.3 Analyse der Grenzen der Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung und des Vakuumgradtests

Aus Sicht der vor Ort gewonnenen Erfahrungen:

• Die Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung ist sehr effektiv, um offensichtliche Fehler zu erkennen und den Zustand des Schutzes qualitativ zu bestimmen. Sie hat jedoch einen Erkennungsblindspot für versteckte Fehler: Wenn der Vakuumgrad im Bereich von 1×10⁻²Pa bis 1×10⁻³Pa liegt, kann die Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung noch bestanden werden. In diesem Fall ist der Vakuumgrad bereits unterhalb des Sicherheitsschwellenwertes von 1.66×10⁻²Pa, und feine Unterschiede können nicht erkannt werden.

• Der Vakuumgradtester kann innerhalb des Bereichs von 1×10⁻¹Pa bis 1×10⁻⁵Pa präzise Messungen durchführen und die Prüfung der Schütze von einer qualitativen zu einer quantitativen Phase überführen. Er kann auch die Lebensdauer des Vakuumschutzes basierend auf dem Vakuumgradverlauf über einen bestimmten Zeitraum ableiten und bietet technische Unterstützung für die Zuverlässigkeitsbewertung der Ausrüstung. Diese Methode hat jedoch Grenzen im Prüfbereich: Bei Werten über 1×10⁻¹Pa bis 1×10⁻⁵Pa ändert sich das proportionale Verhältnis zwischen Ionisationsspannung und Restgasdichte (d.h. Vakuumgrad), und die Genauigkeit der Testergebnisse kann nicht garantiert werden. Insbesondere bei offensichtlichen Fehlern mit vollständigem Leck (Kommunikation mit der Atmosphäre) liegen die Testwerte oft nahe an denen im Normalzustand, was zu Fehlurteilen führen kann. Die Ursache lässt sich durch die Gasstoßtheorie erklären: Bei steigendem Gasdruck nimmt die Moleküldichte zu, was zu einem kürzeren mittleren freien Weg der Elektronen führt. Obwohl die Anzahl der Stöße zunimmt, reduziert die unzureichende kinetische Energiespeicherung der Elektronen die Wahrscheinlichkeit der Gasionisation, was dazu führt, dass das Gerät den Vakuumgrad fälschlicherweise als gut bewertet.

Basierend auf der vor Ort gewonnenen Praxis sollte besonders darauf geachtet werden, dass die Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung während der Prüfung nicht weggelassen wird. Nur wenn der Schutz die Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung besteht, kann sichergestellt werden, dass der Vakuumgrad innerhalb des effektiven Bereichs des Testers liegt, und die nachfolgenden Vakuumgradtestergebnisse sind zuverlässig. Daher müssen Vakuumgradtest und Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung kombiniert angewendet werden. Die beiden Methoden ergänzen sich gegenseitig, und es ist begrenzt, nur auf eine der beiden Methoden zu vertrauen, um den Zustand des Schutzes zu beurteilen.

1.4 Hauptstrom-Widerstandstest

Bei vor Ort durchgeführten Prüfungen wird die DC-Spannungsabfallmethode für den Hauptstrom-Widerstandstest angewendet, wobei ein Tester mit mindestens 100A Strom verwendet wird. Die Widerstandsgrößen nach Übergabe und Revision müssen den Vorschriften des Herstellers entsprechen und dürfen während des Betriebs das 1,2-fache des Werkswertes nicht überschreiten. Wenn der Kontaktverschleiß des Vakuumschutzes zu schlechten Kontakten führt, können Probleme durch den Widerstandstest des Schaltkreises erkannt werden. Wenn der Hauptstrom-Widerstand über längere Zeit nicht geeignet ist, kann dies zu einer Überhitzung des Schutzes führen, was zu einer Verschlechterung der Isolationsleistung der relevanten Komponenten und sogar zu Kurzschluss-Explosionen führen kann.

2 Maßnahmen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Vakuumschützen

• Führen Sie regelmäßig Vakuumgradtests (in Kombination mit 42kV-Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfung) durch, um den Zustand des Schutzes zu beurteilen. Wenn der Vakuumgrad abnimmt, muss der Vakuumschutz ersetzt werden (bei vielen Produkten müssen alle drei Phasen gleichzeitig ersetzt werden, wenn eine Phase nicht geeignet ist), und charakteristische Tests wie Hub, Synchronität und Einsprung sollen abgeschlossen sein.

• Erstellen Sie Prüfzyklen basierend auf den Präventivprüfungsregeln für elektrische Ausrüstungen und den tatsächlichen Bedingungen Ihrer Einheit. Erhöhen Sie die Überwachungshäufigkeit in den ersten beiden Jahren nach der Inbetriebnahme; es wird empfohlen, Netzfrequenz-Durchschlagspannungs- und Vakuumgradtests nach sechs Monaten, einem Jahr, 1,5 Jahren und zwei Jahren nach der Inbetriebnahme durchzuführen und danach die Häufigkeit gemäß den Betriebsbedingungen anzupassen.

• Planen Sie Wartungszyklen sinnvoll und prüfen Sie Schütze in Verbindung mit jährlichen Präventivprüfungen. Nach 2.000 normalen Betriebszyklen oder 10 Nennstromunterbrechungen sollten alle Teile und Parameter überprüft werden; wenn keine Bolzen locker sind und die technischen Parameter den Standards entsprechen, kann die Nutzung fortgesetzt werden.

• Testen Sie regelmäßig den Kontaktwiderstand zwischen den Enden des Schutzes und den Hauptstromanschlüssen, um sicherzustellen, dass er den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

• Führen Sie bei Gelegenheit Infrarotbild-Temperaturmessungen am Leitungsschaltkreis durch das Beobachtungsfenster durch, um Temperaturtrends zu verfolgen. Ungünstige Hauptstrom-Widerstände, schlechte Kontakte, Isolationsdefekte oder unzureichende Wärmeableitung aufgrund eines unzureichenden Schutzdesigns können alle zu einer Temperaturerhöhung in leitenden und isolierenden Komponenten führen und damit zu Unfällen.

• Betriebspersonal soll den Schaltkreis regelmäßig inspizieren und darauf achten, ob es Entladungen außerhalb des Vakuumschutzes gibt (Entladungen deuten in der Regel auf ungünstige Vakuumgradtests hin, was eine zeitnahe Abschaltung und Ersetzung erfordert). Wartungsschwerpunkte:

• Überprüfen Sie das Aussehen und entfernen Sie Schmutz

• Ersetzen Sie den Vakuumschutz, wenn der kumulative Verschleiß der beweglichen und ständigen Kontakte 3mm übersteigt

• Überprüfen und justieren Sie regelmäßig den Kontaktöffnungsweg, den Kompressionshub und die Dreiphasensynchronität

3 Schlussfolgerungen

• Die Netzfrequenz-Durchschlagspannung, der Vakuumgrad und der Hauptstrom-Widerstand des Vakuumschutzes sind wichtige Indikatoren, um dessen Leistung zu charakterisieren, spielen eine Schlüsselrolle bei der Erfassung von Leckagen und der Schätzung der Lebensdauer.

• Vakuumgradtests und Netzfrequenz-Durchschlagspannungsprüfungen haben jeweils Grenzen und müssen kombiniert angewendet werden, um die Zuverlässigkeit des Schutzes genau zu diagnostizieren.

• Die beiden Tests können einander nicht ersetzen; Schütze, die die Tests nicht bestehen, müssen ersetzt werden, und es wird empfohlen, relevante Branchentestsregeln zeitnah zu überarbeiten.

• Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, sollten regelmäßige Vakuumgrad-, Netzfrequenz-Durchschlagspannungs- und Hauptstrom-Widerstandstests durchgeführt werden, die technische Schulung von Betriebs- und Wartungspersonal gestärkt, sorgfältige Inspektionen, Infrarottemperaturmessungen und eine wissenschaftliche Planung von Prüf- und Wartungszyklen durchgeführt werden, um Explosionen und andere Unfälle aufgrund von nicht-elektrischen Fehlhandlungen während des Betriebs oder Lastwechseln des Schaltkreises zu vermeiden.